0 引 言
为了适应通识教育的高等教育改革趋势，培养一流本科人才，众多高校将相同或相近学科合并，按大类方式招生，学生入校后首先进行 1~2 年的基础培养，之后再进行专业分流。为了配合大类培养需求，专业导论课程尤为重要。对于大一本科生而言，对各个专业尚不了解，相关专业知识可视为“零”基础，虽然少数学生有信息奥赛基础，但仍然缺少科学的思维方式和判断能力训练。专业导论课程对于学生建立对专业的认识、培养对相关专业的兴趣非常关键。需要以专业基础薄弱的学生为中心，打破传统教学模式，以实践项目为抓手，混合运用多种教学手段，引导学生跨过门槛，对专业知识产生兴趣，开启探索的历程，达到抛砖引玉的教学效果。在有限的课时内完成上述目标，对教学模式设计和教学内容组织提出了挑战。
1 软件工程专业导论课程教学模式分析
国内外大多数高校的软件工程专业导论课程的教学模式可以划分为两种类型：①面向中高年级本科生开设软件工程课程，全面介绍软件工程所涉及的各类概念和方法；②面向一年级本科生开设“计算机导论”课程，将软件工程作为其中一个专题进行概要介绍。由于国内外很少有高校面向“零”基础本科生开设软件工程专业导论课程，对标国内外面向中高年级本科生的同类课程，调研北京大学的“软件工程”导论类课程[1]、哈尔滨工业大学的“软件工程专业导论”课程[2]、南京大学的“计算与软件工程——个人级软件开发”课程[3]、国防科技大学的“软件工程”课程[4]以及卡内基梅隆大学的软件工程导论课程[5]，总结教学模式特点如下。
（1）课程定位与团队建设：大多课程面向中高年级本科生，只有南京大学的课程面向一年级下学期本科生。授课学时普遍为 32 以上，学分 2~4 不等；预备知识通常要求熟悉一门高级程序设计语言，或完成计算机系统导论或算法导论学习；所调研的课程团队通常由责任教授带领团队共同完成大班理论授课；线上 MOOC 课程与线下课程通常由同一组教师讲授。
（2）教学内容：以理论授课为主。讲授软件工程的知识体系，使学生熟悉软件项目开发全过程；或侧重程序设计教学，以程序示例的迭代式增量开发实践为线索，培养学生开发小规模软件的能力，初步体验软件工程方法与技术在系统开发中的关键作用；或强调知识体系的先进性、逻辑性和可操作性，采用案例式教学方法，力求学以致用，突出能力培养。
（3）教学方法和手段：以理论授课结合课后习题或项目实践为主。提供了 MOOC 线上课程，将授课内容录播后公开，方便学生预习与复习。对于项目实践教学，大多数通过大班课程讲解项目需求，助教协助指导和解答小组问题。大部分学校为学生提供项目实践的平台资源，如国防科技大学的课程实践教学平台 Trustie。
总结而言，国内外面向中高年级的软件工程导论类课程普遍采用大班理论授课结合项目实践的教学方式。调研后发现，面向“零”基础学生的导论课程需要解决以下 4 个挑战问题。
（1）导论课程定位特殊，需要兼顾信息大类和软件工程专业。传统软件工程导论的授课内容比较抽象，即便高年级学生都普遍反馈难以在脱离项目的情况下理解理论的要点。为此，需要组织和选取适当范围的理论授课内容，配合实践项目设计，两者有机相融，相互配合，在实践获得成就感的同时，引导学生理解关键理论知识。
（2）学生理论基础薄弱。在理论授课内容的设计中，需要充分考虑大部分学生为“零”基础，还没有接触过任何程序设计和计算机基础知识。在该约束条件下，需要合理地规划理论授课内容，从繁杂的专业知识体系中牵出主线，以点带面地概览专业中众多学科的发展历程，同时突显其在前沿动向与需求中的作用，激发学生的专业学习兴趣。
（3）学生实践经验不均衡。为了有效开展项目实践环节，需要学生具备一定的技术基础。信息大类学生的编程基础普遍为“零”，只有部分参加过信息学科竞赛的学生有编程基础，为此，需要设计差异化、有区分度的实践项目，既能够将大多数“零”基础的学生领入门，使他们“跳一跳、够得着”，又能够兼顾实践基础良好的学生，给予他们提升的空间。
（4）个性化指导规模受限。大班授课往往难以保证实践教学的质量，需要采用小班授课的方式，实施个性化辅导，采用有效的激励方式，调动学生的学习积极性，为学生提供交流学习和团队协作的平台，以提升学习效果。
2 “零”基础专业导论课程教学模式
2.1 教学模式设计
以个性化项目为驱动，融合线上与线下、理论与实践、大班技术学习与小班个性化研讨的“零”基础专业导论课程教学模式如图 1 所示，该模式的 4 个主要模块包括专题研讨式理论学习、个性化项目实践、MOOC+ 翻转课堂技术学习和个性化小班项目辅导。
专题研讨式理论学习将理论知识体系按照历史发展、专业技术、前沿需求 3 个维度拉通，设置多个主题，以点带面地向学生介绍主要概念、核心思想、发展驱动力、未来趋势等。例如，设置学科发展史专题，展现学科发展的原动力和其中的经典人物事迹，使学生站在历史的视角下与影响科技进步的重要思想同频共振；再如，设置专业与人工智能相融合的主题，贴近学生的兴趣，回答学生关心的问题；又如，结合学校的优势学科设置主题，引导学生思考重要的理论和技术如何产生应用价值，理解理论、技术、工程之间的密切关联与递进关系。
项目实践强调“个性化”。项目要求的技术难度可伸缩性强、主题选取灵活、彰显个人与团队需求、评价标准不限于技术本身，又能够完整覆盖专业中的主要理论与典型技术内容。该类项目麻雀虽小，五脏俱全。可以融合本专业大一其他课程中的一些实践作业，将其扩展为实践项目。例如，电子专业的小型单片机设计，自动化专业的乐高机器人项目，或者软件专业的网页开发项目。为了达到“零”基础实践的教学目标，需要对经典项目进行重新设计和升级，使其“既有难度，又让学生想挑战难度”。
为了达成上述目标，关键点在于课程提供足够的技术知识辅导和个性化项目辅导。为了满足全体学生对于技术学习的要求，需要增加技术辅导课程，并对技术难度分级。其中，基本内容的难度适当，能够满足大部分学生的学习要求。该类课程适合设计为“老师引导、学生自学”的模式，线上 MOOC 学习平台可以有效促进学生自主学习难度更高的技术内容。
项目实践具有一定的挑战性，在此过程中特别需要老师的鼓励，并针对每一位学生遇到的问题给予个性化指导。为此，该模式中设置了小班辅导模块，划分 30~40 人的小班，每隔两周进行一次辅导，辅导内容涉及技术问题、软件设计原则、人机交互设计优化、个性需求的可行性分析，甚至工程项目相关的社会职业伦理问题讨论。
通过综合化多模块教学模式设计，学生能够较为全面地接触专业中的主要问题和典型解决方案。为了增强自主学习的成就感，引入了评价展示模块，以竞赛的方式评价优秀项目，在评价的过程中向全体同学展现和分析优秀作品的特点，为学生留下课程学习的纪念。
2.2 实施条件保障
（1）组建高水平课程团队。为了保证课程质量，需要组建一个教学任务分工明确的专业课程团队，按照理论课程、技术课程、项目辅导课程进行分工备课，各模块间协同配合，在理论授课中讲解项目开发中可能遇到的问题及其解决办法，在实践中深入理解相关理论。
（2）引进一流的课程资源。在 MOOC 视频教学环节，为了保障教学质量，可以与知名课程平台合作，引进优秀的 MOOC 课程资源，配合个性化实践项目的目标与内容，提供专用的在线教学课程，最好具有自动学习考评功能，为学生学习提供及时反馈。
（3）建设教学实验平台。为了检验学生项目的完成情况以及为学生提供成果展示平台，需要搭建集实践项目、学生互评、网站成果展示为一体的开放教学实验平台。通过平台积累和保存历届学生的项目作品，为学生提供选题参考，提升学生的学习动力。
3 “走进软件”专业导论课程建设案例
3.1 课程概况
北京航空航天大学从 2017 年开始施行大类培养。计算机学院、软件学院、电子信息工程学院等 7 个学院的相关专业纳入信息类工科试验班统一招生。大一期间开设多门专业导论课程，为学生后期选择专业奠定基础。“走进软件”课程是软件学院在该背景下开设的软件工程专业的导论课，每年选修人数 200 人左右。
3.2 教学模式实践
组建由各级教学名师引领、青年教师作为骨干的混合式课程教学团队，吸收包括来自企业教师在内的 7 名教师参与教学，形成不同年龄层次搭配、不同学术背景相结合的教学团队，引进与北航具有长期合作经验的企业课程资源——“高校邦”教学平台，搭建了实践项目、学生互评与网站成果展示的开放教学实验平台。
该课程设置为 1.5 学分，36 课时（ 10 学时为大班理论课，12 学时为 MOOC 视频教学，4 学时为 MOOC 课堂翻转，8 学时为小班研讨，另有 2 学时用于大班项目答辩），如图 2 所示。
（1）专题研讨式理论模块。理论课采用大班讲授方式，专题研讨式课程内容设置如图 3 所示。通过对软件工程专业的介绍，让学生明确该专业的社会需求、培养目标、主要课程以及毕业要求；通过对信息科学简史与创新的介绍，让学生认识信息技术发展史、信息技术知识结构演变过程、重要技术革命及其思想创新与科学思维方法；另外，通过介绍计算机科学与技术的知识体系和主要概念、软件工程知识体系和问题与解决办法，使学生明确计算机科学与软件工程的关系；同时，介绍软件工程的应用领域、软件定义一切的技术思想和前沿学科交叉热点问题，介绍工业软件并分析其自主可控的发展趋势，融入课程思政要素，引导学生理解大型复杂软件短板背后的原因，激发学生学习软件知识的内生动力，帮助学生树立正确的学习目标；最后，结合软件人工智能等热点技术，介绍信息技术的伦理学问题，提升学生的职业道德修养。
（2）个性化实践项目模块。考虑到网站（系统）开发技术入门容易，跨学科特色明显，涉及因素复杂，学生发挥空间大等特点，将网站开发作为个性化实践项目载体，学生自主选题，划分为个人网站开发和团队网站开发两个环节。个人网站阶段主要学习网站的基本构成和工作原理，掌握相关开发技术，能够在网站设计中较好地考虑选题立意、内容组织、页面设计等多方面因素，并考虑所涉及的社会、隐私等法律和道德因素。团队网页项目由 3～5 人组队，完成具有一定复杂度和规模的网站（或 Web ）系统。培养学生以团队形式构建网站的能力，理解在团队合作中多角色的分工协作，培养沟通与表达能力。通过网站的迭代开发探索软件开发过程所涉及的需求分析、设计、编码实现、测试、运维等软件全生命过程，以及管理项目中可能存在的风险、成本、质量以及进度等要素。
网站的制作从技术的角度说并不难，但做好一个网站并不容易。网站最重要的是有人看、有人气，所以学生从选题开始就要独立思考，明确定位并整体筹划，同时需要充分考虑网站的用户群心理状态，收集素材，考虑布局、配色等设计原则。在编码结束后，还要考虑诸如页面打开速度是否足够快、导航是否清晰等用户体验，在此期间还要顾及网站内容是否涉及法律、安全、隐私以及价值导向等问题。因此网站制作 “麻雀虽小，五脏俱全”，涵盖了软件开发的各个环节，对学生软件工程能力的训练较为合适。
（3）MOOC 技术学习模块。由于学时数有限，且学生的专业基础参差不齐，网站开发技术采用了 MOOC 教学方式，组织学生线下自学。MOOC 课程选用“高校邦”技术平台讲授网站构建的专业知识与技术，由企业教师负责 MOOC 翻转课堂，主要内容包括 HTML5、CSS 和 JavaScript 技术，以及 VSCode 等主流开发工具的使用，鼓励有技术基础的学生自主探索微信小程序以及 GitHub 等高端技术应用，通过进阶式自选技术学习，使不同技术基础的学生都有较大收获。
（4）个性化小班辅导模块。每个小班的学生人数约 40 人左右，学生自主选择个性化题目，独立完成自主命题的网站设计和（部分）实现。虽然实践环节的选题为网站制作，但对于个别具有一定技术基础的学生来讲却有些“不解渴”。鼓励这些学生围绕 Web 应用发散式自主选题。近两年涌现了“基于 Web 技术的钢琴”“利用 VR 技术的三维虚拟校园”等技术难度较高的优秀项目。
3.3 教学效果评定
通过近 7 年的教学实践，个性化项目驱动的混合式教学模式设计在“零”基础软件工程专业导论课程中成功示范应用，教学效果得到了学生的普遍认可。学生在课程结束后的学习总结里写道“这门课在设计上十分注重实践和自学，这对一个软件工程专业的本科生的素质培养极为关键。课程采用了网课和线下课程相结合的方式，线上网课主要是教授知识，线下课程以实践为主，两者相结合，不仅提高了学习效率，而且因为比较多的实践量，学到的内容能够得到落实，学习得更加扎实可靠了。通过观看视频资料和上网查阅资料，我对前端网站开发有了近一步的了解，也掌握了许多软件工程基本知识，在知识和能力方面都获得了很大提升。”
4 结 语
随着《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》[6]的发布，专业和课程建设显得愈发重要和迫切。一流专业需要一流课程，一流课程需要一流教学模式。软件工程专业导论课程已列入校级一流本科建设课程。未来拟进一步拓宽实践项目的范围，融合人工智能等学生感兴趣的前沿技术，为小班课程增加更多的个性化选项，以“两性一度”为目标进一步完善教学模式。
参考文献：
[1] 中国大学MOOC. 北京大学“软件工程”MOOC课程[EB/OL]. [2022-05-01]. http://www.icourse163.org/course/PKU-1003177002.
[2] 中国大学MOOC. 哈尔滨工业大学“软件工程专业导论”MOOC课程[EB/OL]. [2022-05-01]. https://www.icourse163.org/course/hit-298007#/info.
[3] 南京大学实验室与设备管理处. 南京大学“计算与软件工程: 个人级软件开发”课程[EB/OL]. [2022-05-01]. https://sbc.nju.edu.cn/syjxdg/rjxy/20150127/i1828.html.
[4] 中国大学MOOC. 国防科技大学“软件工程”MOOC课程[EB/OL]. [2022-05-01]. http://www.icourses.cn/sCourse/course_4192.html.
[5] 卡内基梅隆大学. Introduction to software engineering课程[EB/OL]. [2022-05-01]. https://www.cs.cmu.edu/~aldrich/courses/413/.
[6] 中华人民共和国中央人民政府. 教育部关于一流本科课程建设的实施意见[EB/OL]. [2022-05-01]. http://www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5480494.htm.
基金项目：北京航空航天大学 2020 年校级一流本科课程建设项目“线上线下混合式一流课程”。
作者简介：张莉：女，北京航空航天大学教授，研究方向为软件工程、需求工程、模型驱动工程，lily@buaa.edu.cn；葛宁（通信作者），女，北京航空航天大学副教授，研究方向为形式化方法、模型驱动工程，gening@buaa.edu.cn。
引文格式: 张莉, 邵兵, 葛宁. 个性化项目驱动的混合式教学模式设计与实践 [J]. 计算机教育, 2023(6):194-198.
转自：“计算机教育”微信公众号
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